Op het gebied van hightech materialen is keramiek van aluminiumnitride (AlN), met zijn uitstekende thermische geleidbaarheid, uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen en uitstekende mechanische sterkte, het kernmateriaal geworden op belangrijke gebieden zoals elektronische verpakkingen, vermogenselektronica en microgolfcommunicatieapparatuur. . De bereiding van aluminiumnitridesubstraat is echter een complex proces, waarbij het sinterproces en de selectie van sinteradditieven belangrijke effecten hebben op de eigenschappen van het eindproduct. In dit artikel zal, beginnend bij het bereidingsproces van aln-keramisch substraat, de selectie van sinteradditieven en hun invloed op de prestaties van het substraat in detail worden besproken, en gecombineerd met grensverleggend onderzoek, hoe de uitgebreide prestaties van aluminiumnitridesubstraat kunnen worden verbeterd. door het optimaliseren van de sinteradditieven en het sinterproces zal worden geanalyseerd.
Voorbereidingstechnologie van aluminiumnitridesubstraat
De bereiding van aluminiumnitridesubstraat omvat voornamelijk de voorbereiding van grondstoffen, mengen, vormen, sinteren en andere belangrijke stappen.
1. Voorbereiding van grondstoffen
De voorbereiding van grondstoffen is de eerste stap bij de bereiding van keramisch substraat van aluminiumnitride, die voornamelijk de selectie en verhouding van aluminiumnitridepoeder, aluminiumoxidepoeder en additieven omvat. Als het belangrijkste materiaal moet aluminiumnitridepoeder de kenmerken hebben van hoge zuiverheid, kleine deeltjesgrootte, groot specifiek oppervlak, laag koolstofgehalte en laag zuurstofgehalte. Aluminiumoxidepoeder wordt gewoonlijk gebruikt als onderdeel van het sinterhulpmiddel om tijdens het sinterproces een composietoxide met laag smeltpunt te vormen om de verdichting van aluminiumnitride-keramiek te bevorderen. Additieven worden gebruikt om de vormeigenschappen, sintereigenschappen en mechanische eigenschappen van het materiaal te regelen.
2. Mengen en vormen
Tijdens het mengproces is het noodzakelijk om aluminiumnitridepoeder, aluminiumoxidepoeder en additieven in een bepaalde verhouding te mengen om de uniformiteit en stabiliteit van het daaropvolgende gieten te garanderen. Het mengen kan via een droge of natte methode gebeuren. Vormen gebeurt meestal door persgieten, spuitgieten of spuitgieten, enz., De gemengde grondstoffen worden verwerkt tot knuppels met een bepaalde vorm en maat.
3. Sinteren
Sinteren is het laatste proces en de meest kritische stap bij de bereiding van keramieksubstraten van aluminiumnitride. Onder de omstandigheden van hoge temperatuur worden de deeltjes in de knuppel gecombineerd door te sinteren om een dicht keramisch substraat te vormen. Tijdens het sinterproces moeten de temperatuur, de atmosfeer en de tijd worden gecontroleerd om de vormkwaliteit en prestaties van het keramische substraat te garanderen. De algemeen gebruikte sinterprocessen omvatten heetpersen, niet-persen, microgolfsinteren, ontladingsplasmasinteren en zelfvoortplantend sinteren.
De selectie van sinteradditieven en de invloed ervan op de eigenschappen van het substraat
Sinteradditieven spelen een belangrijke rol bij de bereiding van keramische substraten van aluminiumnitride. Ze reageren met de aluminiumoxidesamenstelling op het oppervlak van het aluminiumnitridedeeltje en vormen een composietoxide met een laag smeltpunt, wat resulteert in een vloeibare fase in het gesinterde lichaam. Deze vloeibare fasen omringen de aluminiumnitridedeeltjes, en de deeltjesherschikking en de ontlading uit de interne poriën vinden plaats onder invloed van capillaire kracht, en uiteindelijk wordt het compacte sinteren van aluminiumnitride-keramiek gerealiseerd.
1. Algemeen gebruikte sinteradditieven
De algemeen gebruikte sinterhulpmiddelen voor keramische substraten van aluminiumnitride zijn CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2 en CeO2. Deze materialen spelen een dubbele rol in het sinterproces: ten eerste combineren ze met aluminiumoxide op het oppervlak van aluminiumnitridedeeltjes om vloeibaar aluminaat te vormen, waardoor de massaoverdracht wordt versneld en het sinteren wordt bevorderd; Ten tweede kunnen ze reageren met zuurstof om het zuurstofgehalte in het rooster te verminderen en de thermische geleidbaarheid van aluminiumnitride-keramiek te verhogen.
2. Principe van de selectie van sinteradditieven
Bij het selecteren van sinteradditieven moet rekening worden gehouden met hun invloed op de eigenschappen van het keramische substraat van aluminiumnitride. Enerzijds moeten de sinteradditieven de verdichting van aluminiumnitride-keramiek bevorderen, de thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte verbeteren; Aan de andere kant moeten sinteradditieven de introductie van overmatige onzuiverheden vermijden, om de elektrische isolatie-eigenschappen en chemische stabiliteit van aluminiumnitride-keramiek niet te beïnvloeden. Daarom zijn er bij het selecteren van sinteradditieven veel experimenten en optimalisatie nodig om de beste formule voor sinteradditieven te bepalen.
3. Invloed van sinteradditieven op de prestaties van het substraat
De selectie en het gehalte aan sinteradditieven hebben een aanzienlijke invloed op de prestaties van keramische substraten van aluminiumnitride. Y2O3 kan bijvoorbeeld, als een van de algemeen gebruikte sinteradditieven, de thermische geleidbaarheid en buigsterkte van aluminiumnitride-keramiek aanzienlijk verbeteren wanneer het gehalte gematigd is. Wanneer het gehalte aan Y2O3 echter te hoog is, zal de Y-Al-O-fase worden gevormd, wat resulteert in een aanzienlijke afname van de thermische geleidbaarheid. Daarom is het bij het bereiden van keramisch aluminiumnitridesubstraat noodzakelijk om het gehalte aan sinteradditieven nauwkeurig te controleren om de beste prestaties te verkrijgen.
Verbeterde prestaties van AlN-substraat
Om te voldoen aan de hoge eisen voor de prestaties van keramische substraten van aluminiumnitride in verschillende toepassingsgebieden, onderzoeken onderzoekers voortdurend nieuwe sinteradditieven, optimaliseren ze sinterprocessen en ontwikkelen ze nieuwe voorbereidingstechnologieën.
1. Ontwikkeling van nieuwe sinteradditieven
Om de prestaties van keramische substraten van aluminiumnitride verder te verbeteren, ontwikkelen onderzoekers actief nieuwe sinteradditieven. Door bijvoorbeeld zeldzame aardelementen of overgangsmetaalelementen te introduceren, kan de roosterstructuur van aluminiumnitride-keramiek worden geoptimaliseerd om de thermische geleidbaarheid en mechanische eigenschappen te verbeteren. Bovendien kunnen door het gebruik van samengestelde sinteradditieven een verscheidenheid aan eigenschappen worden bereikt
2. Optimalisatie van het sinterproces
De optimalisatie van het sinterproces is de sleutel tot het verbeteren van de prestaties van keramisch aluminiumnitride-substraat. Door de sintertemperatuur, de bewaartijd en de atmosfeer aan te passen, kan de microstructuur van aluminiumnitride-keramiek nauwkeurig worden gecontroleerd. Snelle sintermethoden zoals sinteren in de magnetron of sinteren met ontladingsplasma kunnen bijvoorbeeld de sintertijd aanzienlijk verkorten en de productie-efficiëntie verbeteren. Tegelijkertijd kunnen de microstructuur en eigenschappen van Al-nitride-keramiek verder worden geoptimaliseerd door het zuurstofgehalte en de temperatuurgradiënt in de sinteratmosfeer nauwkeurig te regelen.
3. Innovatie van bereidingstechnologie
Met de voortdurende ontwikkeling van voorbereidingstechnologie onderzoeken onderzoekers voortdurend nieuwe bereidingsmethoden om de prestaties van keramische substraten van aluminiumnitride te verbeteren. De nauwkeurige bereiding van keramisch substraat van aluminiumnitride kan bijvoorbeeld worden bereikt door gebruik te maken van geavanceerde vormtechnologieën zoals gietgieten en spuitgieten. Bovendien kunnen de lasprestaties, stabiliteit en corrosieweerstand van keramisch aluminiumnitride-substraat verder worden verbeterd door stroomloos koperbeplating, inkapseling van keramische substraten en andere nabehandelingsprocessen.
Conclusie
Samenvattend hebben de bereiding van een keramisch substraat van aluminiumnitride en de selectie van sinteradditieven belangrijke effecten op de eigenschappen ervan. De uitgebreide eigenschappen van aluminiumnitride-keramisch substraat kunnen aanzienlijk worden verbeterd door de sinterhulpformule te optimaliseren, het sinterproces te verbeteren en nieuwe voorbereidingstechnologie te ontwikkelen. In de toekomst zal, met de voortdurende ontwikkeling van materiaalwetenschap en voorbereidingstechnologie, het toepassingsgebied van keramisch aluminiumnitride-substraat verder worden uitgebreid, wat krachtige ondersteuning zal bieden voor de ontwikkeling van elektronische verpakkingen, vermogenselektronische apparaten en microgolfcommunicatieapparatuur. Tegelijkertijd moeten we ook nauwlettend letten op de ontwikkelingstrend van nieuwe technologieën en nieuwe materialen, de onderzoekshorizon voortdurend verbreden en de voortdurende vooruitgang en innovatie van keramische substraattechnologie op aluminiumnitride bevorderen.
